É bem conhecido que os hidratos de gás natural, redes cristalinas de moléculas de água com ligações de hidrogênio que encapsulam pequenas moléculas de hidrocarbonetos, nos fundos oceânicos, constituem um potencial acelerador das mudanças climáticas e uma das maiores fontes de energia da Terra. Mas se as enormes quantidades de gás natural que estão tão confinadas permanecem trancadas com segurança em gaiolas de hidrato cristalino, ou são liberadas no oceano potencialmente para se tornarem gases de efeito estufa atmosféricos, pode depender em parte de uma simbiose incomum no fundo do mar entre vermes e seus vizinhos microbianos. .
Pesquisadores da Escola de Engenharia Tandon da NYU descobriram que esse ecossistema natural envolvendo vermes espanadores (Sabellidae, Annelida) e bactérias geradoras e absorventes de calor (Archaea) que consomem metano enclatrado - ou preso em uma estrutura cristalina - por hidratos em ambientes marinhos profundos desempenham um papel fundamental na manutenção do equilíbrio que mantém os hidratos congelados.

Procurando examinar a influência que as flutuações sutis de temperatura podem ter na estabilidade dinâmica dos depósitos de hidratos, os pesquisadores, liderados por Ryan Hartman, professor de engenharia química e biomolecular na NYU Tandon, descobriram que os vermes espanadores, que prosperam em torno de hidratos cristalinos, ao consumir seletivamente bactérias geradoras de calor chamadas metanotróficas que metabolizam o metano, freiam o potencial de fusão dessas estruturas cristalinas (liberando metano preso) devido ao metabolismo exotérmico dos micróbios.

Em um estudo recém-publicado, "Microbe-Worm Symbiosis Stabilizes Methane Hydrates in Deep Marine Environments", em Energy &Fuels, pesquisadores, incluindo o autor principal Tianyi Hua, Maisha Ahmad e Tenzin Choezin, simularam o ecossistema resolvendo o balanço energético associado e a cinética de dissociação do hidrato de metano. Eles examinaram e analisaram a taxa de dissociação – a taxa na qual os hidratos congelados se desmontam em componentes moleculares – e descobriram que a simbiose estabelecida entre metanogênicos (bactérias produtoras de metano), metanotrofos e vermes espanadores de fato estabiliza hidratos de metano em profundidades onde os cristais são encontrados. expostos ao oceano e seus organismos vivos.

As implicações são profundas, pois grandes quantidades de metano (200 a 500 gigatoneladas de CH₄ ), que se formam espontaneamente a partir de água e pequenas moléculas hidrofóbicas sob condições específicas de temperatura e pressão, são armazenadas como hidratos no oceano em todo o mundo.

"Nossa descoberta mostra matematicamente a extensão da simbiose entre micróbios que consomem hidratos de metano e geram calor, e vermes espanadores que consomem esses micróbios", disse Hartman. "É importante porque, na ausência dos vermes ou de um desequilíbrio anormal em suas populações, esses micróbios podem gerar calor suficiente para derreter os hidratos. Os vermes comem seletivamente as bactérias que geram mais calor."

Para examinar como o aquecimento dos oceanos pode atrapalhar esse frágil equilíbrio, a equipe combinou registros históricos de temperatura oceânica e estimativas de inventário de hidratos de gás com seu modelo; suas descobertas sugerem que depósitos de hidratos tão profundos quanto 560 metros abaixo do nível do mar já podem estar em risco, mesmo que a temperatura do oceano pare de subir, e a zona de estabilidade do hidrato de metano recuará mais profundamente à medida que a temperatura do oceano aumentar. Além disso, a diminuição da população de vermes poderia enfraquecer a supressão da taxa de crescimento de metanotrofos, e o conseqüente crescimento excessivo de metanotrofos geraria quantidades excessivas de calor, desestabilizando ainda mais os hidratos.

Por outro lado, um aumento na atividade microbiana metanogênica tornaria o sistema mais endotérmico e, assim, fortaleceria a tolerância a flutuações de temperatura próximas ao limite da fase de hidrato de metano.

"Retardar o recuo dessa dinâmica biológica para águas mais profundas pode ajudar a retardar ou impedir a liberação maciça de gases de efeito estufa no mar", disse ele. “Se os gases recristalizam ou chegam à superfície do oceano é um tópico de pesquisa muito debatido e importante”.